一種四余度機電伺服機構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于飛行控制系統(tǒng)中的機電伺服機構(gòu)，具體涉及一種四余度機電伺服機構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]伺服機構(gòu)是飛行控制系統(tǒng)的重要組成部分，在航空航天飛行器上得到了廣泛的應(yīng)用。由于航空航天應(yīng)用對可靠性有著很高的要求，例如載人航天對運載火箭的可靠性要求為97%，分配到伺服子系統(tǒng)，單機可靠度指標接近0.9999。針對高可靠性要求，單純提高伺服機構(gòu)的可靠性很難滿足系統(tǒng)的可靠性要求，因此，對伺服機構(gòu)進行余度設(shè)計成為研究的熱點。余度技術(shù)是通過增加一定數(shù)量功能相同單元來組成系統(tǒng)或采用多套相同的系統(tǒng)，其本質(zhì)是利用多余的資源來換取系統(tǒng)可靠性提高的一種技術(shù)。在其中某個或多個部件出現(xiàn)故障的情況下，剩余的部件仍能保證系統(tǒng)功能完整的多冗余技術(shù)。
[0003]現(xiàn)有機電伺服機構(gòu)的技術(shù)中，余度技術(shù)多采用機械和電氣結(jié)合的方式實現(xiàn)，且余度一般不超過三個，還沒有能完全依靠機械結(jié)構(gòu)實現(xiàn)的四余度機電伺服機構(gòu)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種完全依靠機械型結(jié)構(gòu)實現(xiàn)集成一體化設(shè)計的四余度機電伺服機構(gòu)。
[0005]實現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)方案:一種四余度機電伺服機構(gòu)，它包括無刷電機、四余度位移傳感器、過載分離機構(gòu)、小齒輪、大齒輪、諧波減速器、輸出軸和伺服控制器，大齒輪外部嚙合四個小齒輪，每個小齒輪均各自與一個過載分離機構(gòu)的從動軸連接，每個過載分離機構(gòu)的主動軸均各自與一個無刷電機的輸出軸連接，每個無刷電機的輸入端均各自與一個伺服控制器的輸出端連接；大齒輪的輸出端與諧波減速器連接，諧波減速器輸出剛輪與輸出軸的輸入端連接，輸出軸的輸出端與四余度位移傳感器的輸入端連接。
[0006]所述的四個小齒輪沿大齒輪的周向均勻分布。
[0007]所述的輸出軸的輸出端位于大齒輪的中心孔內(nèi)，且輸出軸與大齒輪同軸。
[0008]所述的大齒輪的輸出端與諧波減速器之間通過減速器套筒連接。
[0009]本發(fā)明的有益技術(shù)效果在于:
[0010](I)本發(fā)明完全依靠機械結(jié)構(gòu)實現(xiàn)四余度設(shè)計，在無刷電機輸出軸與齒輪傳動之間安裝過載分離機構(gòu)，可以通過調(diào)整過載分離機構(gòu)中彈簧壓緊力調(diào)整過載力矩的大小，在發(fā)生電機卡死故障時，可以對該通道故障進行隔離，保護整個機電伺服機構(gòu)，提高可靠性，且將每臺電機的額定功率設(shè)計為系統(tǒng)額定輸出功率的50%，當(dāng)其中出現(xiàn)一路、兩路或者三路故障時，仍能正常工作；
[0011](2)四通道電機在圓周方向上均勻布置，通過四套小齒輪與一套大齒輪嚙合運動對四通道輸出力進行合成，將四余度位移傳感器安裝在四臺無刷電機的中心位置，有效利用空間，實現(xiàn)了機電伺服機構(gòu)的集成一體化設(shè)計。
【附圖說明】
[0012]圖1為本發(fā)明所提供的一種四余度機電伺服機構(gòu)的原理框圖；
[0013]圖2為本發(fā)明所提供的一種四余度機電伺服機構(gòu)的剖視圖；
[0014]圖3為圖2的右視圖。
[0015]圖中:1.無刷電機，2.四余度位移傳感器，3.過載分離機構(gòu)，4.右殼體，5.小齒輪，6.大齒輪，7.諧波減速器，8.輸出軸，9.伺服控制器，10.接口，11.左殼體，12.端蓋，13.減速器套筒，14.諧波減速器輸出剛輪，15.諧波減速器輸入剛輪，16.轉(zhuǎn)接套。
【具體實施方式】
[0016]下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步詳細說明。
[0017]如圖1和圖2所示，本發(fā)明提供的一種四余度機電伺服機構(gòu)包括:無刷電機1，四余度位移傳感器2，過載分離機構(gòu)3，右殼體4，小齒輪5，大齒輪6，諧波減速器7，輸出軸8，伺服控制器9，接口 10，左殼體11，端蓋12，減速器套筒13。小齒輪5、過載分離機構(gòu)3、無刷電機1、伺服控制器9分別有四個。大齒輪6的外圓周上嚙合有四個小齒輪5，四個小齒輪5沿大齒輪6的周向均勻分布，每個小齒輪5的中心通孔處均各自通過鍵連接一個過載分離機構(gòu)3的從動軸，過載分離機構(gòu)3的主動軸和一臺無刷電機I的輸出軸過盈配合,并用銷釘連接。過載分離機構(gòu)3內(nèi)有離合器和彈簧，通過調(diào)節(jié)彈簧的壓緊力可以調(diào)節(jié)過載力矩，在無刷電機I發(fā)生卡死故障時，過載力矩達到閾值，離合器分開，帶動主動軸和從動軸分離，從而將無刷電機I與小齒輪5之間的連接中斷，使得該條支路被隔離。
[0018]大齒輪6的中心孔處通過螺釘連接減速器套筒13的一端，減速器套筒13的另一端通過螺釘連接諧波減速器7，諧波減速器輸出剛輪7通過螺釘連接輸出軸8的輸入端，諧波減速器7將大齒輪6的轉(zhuǎn)動傳動給輸出軸8。輸出軸8的輸出端貫穿大齒輪6的中心孔。輸出軸8的輸出端和四余度位移傳感器2的輸入端通過轉(zhuǎn)接套16過盈配合，輸出軸8帶動四余度位移傳感器2的輸入端轉(zhuǎn)動。四余度位移傳感器2內(nèi)部包含四個內(nèi)部支路，每個內(nèi)部支路均各自與一個伺服控制器9的信號反饋端連接，四余度位移傳感器2將輸出軸8的位置信息以電壓信號的形式傳遞給伺服控制器9，四個內(nèi)部支路為并聯(lián)且輸出信號相同。當(dāng)其中的一個、兩個、三個內(nèi)部支路發(fā)生故障時，仍然能保證至少有一個內(nèi)部支路正確傳遞了輸出軸8的位置信息。
[0019]伺服控制器9的輸出端與無刷電機I的輸入端通過信號線連接，伺服控制器9控制無刷電機I的轉(zhuǎn)速和方向，而無刷電機I則將電流信號和霍爾電壓反饋給伺服控制器9。每臺伺服控制器9接受外部供電和指令信號，并向外輸出無刷電機I和四余度位移傳感器2的狀態(tài)。伺服控制器9、無刷電機1、過載分離機構(gòu)3、小齒輪5、大齒輪6、諧波減速器7、輸出軸8、四余度位移傳感器2構(gòu)成了一個完整的閉環(huán)控制回路。
[0020]輸出軸8的左端通過螺釘連接接口 10的右端，接口 10和輸出軸8的外部套有端蓋12，端蓋12的一端通過螺釘連接左殼體11，左殼體11套在諧波減速器7的外部，左殼體的右端通過螺釘連接右殼體4的左端，四組小齒輪5、過載分離機構(gòu)3均位于右殼體4內(nèi)。
[0021]如圖3所示，為了充分利用空間，四臺無刷電機I在圓周上均勻排布，四余度位移傳感器2布置在該圓周的中心位置，這種排布方式使得結(jié)構(gòu)緊湊，在小體積內(nèi)實現(xiàn)了機電伺服機構(gòu)的一體化設(shè)計。
[0022]本發(fā)明的工作過程如下:四臺無刷電機I均正常工作時，過載分離機構(gòu)3將無刷電機I的力矩傳遞給小齒輪5，四個小齒輪5將力矩合成到大齒輪6上，大齒輪6通過諧波減速器7驅(qū)動輸出軸8運動，四余度位移傳感器2將輸出軸8的位置信號輸出給伺服控制器9，無刷電機I和伺服控制器9之間形成反饋。每臺無刷電機的額定功率為系統(tǒng)額定輸出功率的50%，故每臺無刷電機I只需使用其50%的功率，即可保證系統(tǒng)以額定輸出功率運行。
[0023]四臺無刷電機I中的某一臺發(fā)生非電機卡死故障時，過載分離機構(gòu)3不會切斷該條支路，伺服控制器9切斷該無刷電機I的功率電和控制電，該條支路會被其他正常支路帶動運動，產(chǎn)生摩擦阻力，故僅作為一個很小的負載存在。
[0024]四臺無刷電機I中的某一臺發(fā)生電機卡死故障時，過載分離機構(gòu)3通過機械切斷該條支路，即無刷電機I與小齒輪5之間的連接中斷，伺服控制器9切斷該無刷電機I的功率電和控制電，此時剩下的支路正常工作，電機卡死帶來的無窮大負載被隔離。在有兩條支路發(fā)生電機卡死故障的情況下，正常工作的每臺電機100%輸出電機額定功率，系統(tǒng)仍然可以工作在額定功率下。
[0025]上面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作了詳細說明，但是本發(fā)明并不限于上述實施例，在本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所具備的知識范圍內(nèi)，還可以在不脫離本發(fā)明宗旨的前提下作出各種變化。本發(fā)明中未作詳細描述的內(nèi)容均可以采用現(xiàn)有技術(shù)。
【主權(quán)項】
1.一種四余度機電伺服機構(gòu)，其特征在于:它包括無刷電機(I)、四余度位移傳感器(2)、過載分離機構(gòu)(3)、小齒輪(5)、大齒輪(6)、諧波減速器(7)、輸出軸(8)和伺服控制器(9),大齒輪(6)外部哨合四個小齒輪(5),每個小齒輪(5)均各自與一個過載分離機構(gòu)(3)的從動軸連接，每個過載分離機構(gòu)(3)的主動軸均各自與一個無刷電機(I)的輸出軸連接，每個無刷電機(I)的輸入端均各自與一個伺服控制器(9)的輸出端連接；大齒輪(6)的輸出端與諧波減速器(7 )連接，諧波減速器輸出剛輪(14 )與輸出軸(8 )的輸入端連接，輸出軸(8)的輸出端與四余度位移傳感器(2)的輸入端連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種四余度機電伺服機構(gòu)，其特征在于:所述的四個小齒輪(5)沿大齒輪(6)的周向均勻分布。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種四余度機電伺服機構(gòu)，其特征在于:所述的輸出軸(8)的輸出端位于大齒輪(6)的中心孔內(nèi)，且輸出軸(8)與大齒輪(6)同軸。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種四余度機電伺服機構(gòu)，其特征在于:所述的大齒輪(6)的輸出端與諧波減速器(7)之間通過減速器套筒(13)連接。
【專利摘要】本發(fā)明屬于飛行控制系統(tǒng)中的機電伺服機構(gòu)，具體公開了一種四余度機電伺服機構(gòu)，它包括四個無刷電機、一個四余度位移傳感器、四個過載分離機構(gòu)、四個小齒輪、一個大齒輪、一個諧波減速器、一個輸出軸和四個伺服控制器，四個無刷電機在一個圓周上均勻分布，四余度位移傳感器設(shè)在圓周的中心位置。該四余度機電伺服機構(gòu)完全依靠機械型結(jié)構(gòu)實現(xiàn)了集成一體化設(shè)計。
【IPC分類】H02P6-04, H02K7-116, H02K11-00, H02K7-10
【公開號】CN104600901
【申請?zhí)枴緾N201310530174
【發(fā)明人】陸豪, 李懷兵, 王惠娟, 劉鵬, 趙守軍, 聶振金
【申請人】北京精密機電控制設(shè)備研究所, 中國運載火箭技術(shù)研究院
【公開日】2015年5月6日
【申請日】2013年10月31日